．NFC 在印刷感測器系統中的應用

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AKD 寰楚專業級全系列監控設備

生產 NFC 感測器系統需要 NFC 功能組件，及感測器功能組件，現在，透過採用印刷型銀軟性製造和裝配工藝，可以提高製作效率。

無線技術上的進步為軟性電子學，開闢了新的機會。近距離無線通信(NFC)可以實現雙向的短程無線通信，屬於一類新興的技術，其市場定位是形成軟性印刷型感測器系統的架構。

印刷型 NFC 感測器設備，例如佩戴式的溫度監測器，或篡改檢測設備等，並不需要在電路板上提供電源、插頭或有線的連接方式，網路的整合晶片在靠近具有 NFC 功能的讀取器，或蜂窩設備時才會啓動。生產 NFC 感測器系統需要 NFC 功能組件，及感測器功能組件。現在，透過採用印刷型銀軟性製造和裝配工藝，可以提高這兩類主要功能組件的製作效率。

最近在銀墨和印刷技術上的發展，可以將每個 NFC 標籤鑲嵌層，或設備所需的導電天線線圈走線印刷到高度耐久、高度靈活的聚合物基板上。與同等的銅電路相比，聚酯上的導電墨水可以顯著降低基板的成本。

在相同的基板上可以形成感測器，或者將感測器連接到其上，而且這一工藝支持添加微控制器(MCU)單元，及其他電子組件，實現全整合的解決方案。從貨運和物流業直到藥物與醫療設施中的病人監護，NPC 印刷型感測器系統現在正在轉移到，要求一次性使用的眾多產業。

　　圖1 在聚酯基板上展示了具有代表性的 Molex SilverFlex 電路，顯示了電路的小尺寸與軟性。

為成功轉換到銀軟性技術而指定

在為給定的應用指定導電墨水和基板材料時，必須認真的考慮多個因素。當從傳統的剛性電路或軟性銅電路，過渡到具有 NFC 功能的印刷型銀軟性感測器系統時，這種做法尤其正確。NFC 需要依賴於天線線圈走線的導電性，蝕刻的銅走線是一種高導電性的基體材料，寬度可能小至 0.003 英吋。

然而，印刷型銀電路的導電性要低於作為基體材料的銅，所以印刷的走線需要更寬一些，由於聚合物基板在組件的正常使用過程中會屈曲，較寬的走線特別可以保持印刷走線的完整性。

成功的轉換到銀軟性組件，需要具備相關的知識，來進行必要的調整，從而正確的形成更寬的走線，並且設計出功能與基於銅的組件相同的天線。應當佈署富有經驗的設計開發團隊簡化這一流程，採用先進、專有的鈑金製造與滾動式製造工藝，可以簡化智能標記、感測器跳線，以及其他大批量產品上銀走線的印刷工藝。與 FR-4 或銅軟性電路板不同的是，印刷型銀柔性技術，增加了進行進一步轉換的選項和能力，例如可以形成一卷具有 NFC 功能的感測器卷標，或者採用圖形貼紙來進行美化。

根據印刷型感測器設計的複雜性，及其預期的功能，從 FR-4 電路板過渡到，成本更低的聚合物基板上的印刷型銀電路，可能就是最佳的方案。對於複雜的應用來說，例如，如果印刷電路板上超威型化的組件間距過於稠密，那麼傳統上使用銅的 FR-4 電路板，非常有可能作為首選的技術。

對於組件數量較少(約為 20 件或更少一些)的應用，銀軟性技術的優勢則會更加明顯，原因在於可以降低銀走線覆蓋住的基板區域的佔比。

比如說，佩戴式的健身或醫療感測器上的跳線，可以提供充裕的空間，支持更寬的銀走線，並且需要更加柔軟易彎的基板材料，例如聚酯等。聚合物上的印刷型銀軟性技術重量更輕、在三維(3D)上具有極高的靈活性，因此以上任一種應用，都還可從該技術中獲益。

另一項優勢則在於與銅相比，銀更加環保，其製造過程也更加清潔，這是因為增材型的銀印刷工藝，不會產生有害的化學蝕刻廢料。

一般來說，在電池供電的設備中，任何無線數據通訊協議消耗的功率，在所需的總功率中，都會佔很大的比重。使用 NFC 則可以降低設備的總功率要求，因為無線數據通訊的全部功率，都是從NFC讀取器中輸送過來。

提供無線讀出功能、啓用了 NFC 的感測器系統並不需要消耗功率，讀取器可以將供電和數據指令，發送到具有 NFC 功能的感測器系統，然後系統會將數據發送回讀取器，作出反應。為基於印刷的製造工藝設計無線 NFC 感測器系統，可以採用多種方案。在設計時間，則應盡早辨別出最佳的方法。

　　圖2 Molex NFC 溫度即時讀出卷標。

應用驅動的 NFC 感測器系統架構

一體化的 NFC 和 MCU (單片機)晶片的系統架構，相對簡單一些。單晶片可提供定義明確的功能，成本效益極高。然而，成品的功能將受到硬體的局限，因此一體化的設計，最適合用來滿足高度專一的應用的要求，相互獨立的 NFC 和 MCU 晶片，則通常可以更好的為複雜性較高的設備提供支持。

雙晶片的封裝會提高工程上的要求、增加工程成本，但是又允許更高程度的客製化，例如，可以支持多種應用，或多條產品線，並且對仍在發展中的需求進行監控。

在設計和開發的週期中，雙晶片的解決方案可以提高多功能性，使數據記錄功能獨立於數據通訊部分而單獨存在，提供更加複雜而又穩健的功能。MCU 可以隨著時間而逐漸的執行數據記錄功能，而且無需為 NFC 加電，進而延長設備的電池壽命。

NFC 感測器系統可以整合到智慧標記和其他設備中，適合需要數據記錄功能的應用，並且有益於產品保質期方面的時間記錄和溫度記錄，或者對熱敏或環境敏感型產品的監測。條碼或 RFID 讀取器，只是以單向的方式，將數據從卷標傳遞到讀取器，與此不同的是，行動電話中嵌入的 NFC 晶片，可以在讀取器 - 寫入器的模式下不署，供數據採集應用使用。然後，行動電話可透過蜂窩數據連接，或 WiFi 連接來促進已採集數據，向伺服器及雲端的遠距離傳輸。

根據晶片和天線的不同，啓動 NFC 感測器設備的典型距離有所不同，但是一般在 4 公分(cm)的範圍以內。非輻射的 NFC 訊號的近場範圍，可使電磁干擾降至最低，在降低了數據外洩，或數據入侵風險的同時，可以提供一個更為安全的通訊平台。從功率的觀點來說，與藍牙無線技術相比，NFC 設備消耗的總功率要低一些，這就意味著可以為感測器系統延長電池壽命。